Courant, tension, puissance : caractéristiques de base de l'électricité

L'électricité a longtemps été utilisée par l'homme pour satisfaire ses besoins, mais elle est invisible, non perçue par les sens, donc difficile à comprendre. Pour simplifier l'explication des processus électriques, ils sont souvent comparés aux caractéristiques hydrauliques d'un fluide en mouvement.

Par exemple, elle vient chez nous par télégramme Énergie électrique des générateurs à distance et de l'eau du robinet à partir d'une pompe à pression. Cependant, l'interrupteur éteint les lumières et le robinet d'eau fermé empêche l'eau de s'écouler du robinet. Pour faire le travail, vous devez allumer l'interrupteur et ouvrir le robinet.

Un flux dirigé d'électrons libres à travers les fils se précipitera vers le filament de l'ampoule (un courant électrique circulera) qui émettra de la lumière. L'eau sortant du robinet s'écoulera dans l'évier.

Cette analogie permet également de comprendre les caractéristiques quantitatives, de relier l'intensité du courant à la vitesse de déplacement du liquide et d'estimer d'autres paramètres.

La tension secteur est comparée au potentiel énergétique de la source liquide. Par exemple, une augmentation de la pression hydraulique d'une pompe dans un tuyau créera une vitesse élevée de mouvement du fluide et une augmentation de la tension (ou la différence entre les potentiels de la phase - le fil d'entrée et le zéro de travail - la sortie) va augmenter l'incandescence de l'ampoule, la force de son rayonnement .

La résistance du circuit électrique est comparée à la force de freinage du flux hydraulique. Le débit est affecté par :

• viscosité liquide;

• colmatage et modification de la section des canaux. (Dans le cas d'un robinet d'eau, la position de la vanne de régulation.)

La valeur de la résistance électrique est affectée par plusieurs facteurs :

• la structure de la substance qui détermine la présence d'électrons libres dans un conducteur et affecte résistance; 

• section transversale et longueur du conducteur de courant ;

• température.

La puissance électrique est également comparée au potentiel énergétique du flux en hydraulique et est estimée à partir du travail effectué par unité de temps. La puissance d'un appareil électrique s'exprime par le courant consommé et la tension appliquée (pour les circuits AC et DC).

Toutes ces caractéristiques de l'électricité ont été étudiées par des scientifiques célèbres qui ont donné des définitions du courant, de la tension, de la puissance, de la résistance et décrit par des méthodes mathématiques les relations mutuelles entre eux.

Le tableau suivant montre les relations générales pour les circuits CA et CC qui peuvent être utilisées pour analyser les performances de circuits spécifiques.

Voyons quelques exemples de leur utilisation.

Exemple 1. Comment calculer la résistance et la puissance

Supposons que vous souhaitiez sélectionner un limiteur de courant pour alimenter le circuit d'éclairage. On connaît la tension d'alimentation du réseau de bord « U », égale à 24 volts et la consommation de courant « I » de 0,5 ampères, qu'il ne faut pas dépasser. Selon l'expression (9) de la loi d'Ohm, on calcule la résistance « R ». R = 24 / 0,5 = 48 ohms.

À première vue, la valeur de la résistance est déterminée. Ce n'est pas sufisant. Pour un fonctionnement fiable de sema, il est nécessaire de calculer la puissance en fonction de la consommation de courant.

Selon le fonctionnement de la loi Joule-Lenz, la puissance active « P » est directement proportionnelle au courant « I » traversant le fil et à la tension appliquée « U ». Cette relation est décrite par la formule (11) dans le tableau dessous.

On calcule : P = 24×0,5 = 12 W.

Nous obtenons la même valeur si nous utilisons les formules (10) ou (12).

Le calcul de la puissance de la résistance par sa consommation de courant montre que dans le circuit sélectionné, il est nécessaire d'utiliser une résistance de 48 Ohm et 12 W. Une résistance de puissance inférieure ne résistera pas aux charges appliquées, elle chauffera et grillera avec le courant du temps.

Cet exemple montre la dépendance de la façon dont le courant de charge et la tension du réseau affectent la puissance de l'utilisateur.

Exemple #2. Comment calculer le courant

Pour un groupe de prises destinées à alimenter les appareils électroménagers de la cuisine, il est nécessaire de sélectionner un disjoncteur de protection. La puissance des appareils selon les données du passeport est de 2,0, 1,5 et 0,6 kW.

Répondre. L'appartement utilise un réseau alternatif monophasé de 220 volts. La puissance totale de tous les appareils connectés pour fonctionner en même temps sera de 2,0 + 1,5 + 0,6 = 4,1 kW = 4100 W.

En utilisant la formule (2), nous déterminons le courant total du groupe de consommateurs : 4100/220 = 18,64 A.

Le disjoncteur nominal le plus proche a un taux de déclenchement de 20 ampères. Nous le choisissons. Une machine avec une valeur inférieure à 16 A s'arrêtera définitivement à cause d'une surcharge.

Différences dans les paramètres des circuits électriques en courant alternatif

Réseaux monophasés

Lors de l'analyse des paramètres des appareils électriques, il est nécessaire de prendre en compte les particularités de leur fonctionnement dans les circuits à courant alternatif, lorsque, en raison de l'influence de la fréquence industrielle, des charges capacitives apparaissent dans les condensateurs (elles décalent le vecteur de courant de 90 degrés en avant du vecteur tension), et dans les enroulements de la bobine — inductif (le courant est à 90 degrés derrière la tension). En électrotechnique, on les appelle charges réactives... Ensemble, ils créent des pertes de puissance réactive «Q» qui ne font aucun travail utile.

Avec des charges actives, il n'y a pas de déphasage entre le courant et la tension.

De cette manière, un composant réactif est ajouté à la valeur active de la puissance d'un appareil électrique dans les circuits à courant alternatif, grâce à quoi la puissance totale augmente, ce qui est généralement appelé plein et est indiqué par l'indice «S».

Courant alternatif sinusoïdal dans un réseau monophasé

Le courant électrique et la tension de fréquence varient dans le temps de manière sinusoïdale. En conséquence, il y a un changement de pouvoir. Déterminer leurs paramètres à différents moments dans le temps n'a pas beaucoup de sens. Par conséquent, les valeurs totales (d'intégration) sont sélectionnées pour une certaine période de temps, en règle générale, la période d'oscillation T.

Connaître les différences entre les paramètres des circuits à courant alternatif et continu vous permet de calculer correctement la puissance à travers le courant et la tension dans chaque cas spécifique.

Réseaux triphasés

Fondamentalement, ils se composent de trois circuits monophasés identiques, décalés les uns par rapport aux autres sur le plan complexe de 120 degrés. Ils diffèrent légèrement dans les charges de chaque phase, décalant le courant de la tension d'un angle phi. Du fait de cette irrégularité, un courant I0 est créé dans le conducteur neutre.

Courant alternatif sinusoïdal dans un réseau triphasé

La tension dans ce système se compose de tensions de phase (220 V) et de tensions de ligne (380 V).

La puissance d'un appareil à courant triphasé connecté au circuit est la somme des composants de chaque phase. Elle est mesurée à l'aide d'appareils spéciaux : wattmètres (composant actif) et varmètres (réactif). Il est possible de calculer la consommation électrique totale d'un appareil à courant triphasé sur la base des mesures du wattmètre et du varmètre à l'aide de la formule du triangle.

Il existe également une méthode de mesure indirecte basée sur l'utilisation d'un voltmètre et d'un ampèremètre avec des calculs ultérieurs des valeurs obtenues.

Vous pouvez également calculer la consommation totale de courant, connaissant l'amplitude de la puissance apparente S. Pour ce faire, il suffit de la diviser par la valeur de la tension de ligne.